устройство для обнаружения очистного поршня в трубопроводе
Классы МПК: | B08B9/02 труб или систем трубопроводов |
Автор(ы): | Подолян Александр Петрович (UA) |
Патентообладатель(и): | Научно-внедренческое производственное предприятие "Богемия" (UA) |
Приоритеты: |
подача заявки:
1995-05-30 публикация патента:
27.12.1998 |
Изобретение относится к технике очистки внутренних поверхностей трубопроводов. Устройство содержит очистной поршень, на котором устанавливается источник постоянного магнитного поля, а с внешней стороны трубопровода - приемник, с помощью которого фиксируется момент прохождения очистного поршня. При этом в схему приемника введены дифференциатор, компаратор, триггер, генератор импульсов, суммирующий усилитель и задатчик исходного уровня, а феррозонд оснащен дополнительной обмоткой. Введенная схема в установившемся режиме позволяет минимизировать значение проекции результирующего вектора напряженности магнитного поля на продольную ось феррозонда. 2 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2
Формула изобретения
Устройство для обнаружения очистного поршня в трубопроводе, содержащее источник постоянного магнитного поля, установленный на очистном поршне, и расположенный с внешней стороны трубопровода приемник, имеющий генератор импульсов, подключенный к обмотке подмагничивания феррозонда датчика постоянного магнитного поля, сигнальная обмотка которого соединена через усилитель с выпрямителем, задатчик порогового напряжения, связанный выходом через последовательно включенные компаратор напряжения и триггер с входом индикатора, коммутатор, подключенный выходом к второму входу триггера, и суммирующий усилитель, отличающееся тем, что феррозонд датчика постоянного магнитного поля снабжен дополнительной обмоткой, приемник имеет последовательно включенные дополнительный генератор импульсов, счетчик импульсов и цифроаналоговый преобразователь, задатчик напряжения начального уровня, последовательно соединенные дифференциатор, дополнительный компаратор напряжения и счетный триггер, прямой и инверсный выходы которого соединены с управляющими входами счетчика импульсов, выход цифроаналогового преобразователя соединен с первым входом суммирующего усилителя, который выходом подключен к дополнительной обмотке феррозонда, выход выпрямителя подключен к входу дифференциатора, выход которого дополнительно соединен с вторым входом компаратора напряжения, второй вход дополнительного компаратора напряжения связан с цепью нулевого потенциала, а выход задатчика напряжения начального уровня соединен с вторым входом суммирующего усилителя.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области строительства и эксплуатации трубопроводов, в частности к технике очистки внутренних поверхностей трубопроводов. При эксплуатации трубопроводов возникает необходимость в периодической очистке их внутренних поверхностей. Это осуществляется с помощью поршней, движущихся под давлением нагнетаемой среды. Для регулирования подачи рабочей среды важно знать точное местонахождение поршня в трубопроводе. Кроме того, не исключена возможность несанкционированной остановки очистного поршня. В этом случае возникает задача поиска места остановки. Для этих целей используются специальные устройства. Обычно устройство состоит из двух частей - передающей и приемной. Передающая часть устанавливается непосредственно на поршне. По сигналу на выходе приемной части, расположенной вблизи трубопровода, можно судить о моменте прохождения очистного поршня через заданное сечение трубопровода. Известно устройство для обнаружения очистного механизма в трубопроводах. Устройство состоит из очистного элемента, магнитного датчика и магнитного искателя. Длина очистного элемента устройства в 2 раза превышает длину обычного поршня и не вписывается в стандартную кривизну магистральных трубопроводов (кривизна - до 5Dтр, расстояние между магнитными датчиками - не менее 4Dтр, где Dтр - диаметр трубопровода). При использовании меньших магнитных датчиков магнитный искатель не обеспечивает фиксацию момента прохождения очистного механизма через заданное сечение трубопровода. Известно устройство для обнаружения очистного поршня в трубопроводе. Устройство состоит из передающей и приемной частей. Передающая часть состоит из серийного поршня-распределителя с прикрепленными к нему магнитными блоками. Приемная часть представляет собой магнитную стрелку, расположенную между источником света и фотоприемником. Сигнал с фотоприемника обрабатывается в специальной схеме, позволяющей зафиксировать отклонение магнитной стрелки и тем самым зафиксировать момент прохождения очистного устройства через заданное сечение трубопровода. Устройство имеет низкую эксплуатационную технологичность из-за необходимости предварительной точной выставки магнитной стрелки, а также низкую надежность работы из-за наличия подвижных прецизионных элементов. Известно устройство для обнаружения очистного поршня в трубопроводе. Устройство состоит из передающей и приемной частей. Передающая часть представляет собой поршень-распределитель с установленными на нем магнитными дисками. Приемная часть представляет собой чувствительный магнитометр. Приемная часть устанавливается с внешней стороны трубопровода. Чувствительный магнитометр может быть построен на индукционном принципе. Он состоит из преобразователя напряженности магнитного поля в напряжение и блока индикации (см., например, Техническое описание и инструкцию по эксплуатации магнитометра ММП-203. тт 1.420.001 ТО, НПО "РУДГЕОФИЗИКА", 1987 г. ). Момент прохождения очистного устройства фиксируется оператором по изменению напряженности магнитного поля. Устройство отличается простотой, однако имеет недостатки. 1. С каждым магнитометром должен работать оператор. 2. При проведении очистных работ на длинных участках трубопроводов, время полного прохождения поршня составляет несколько часов, в результате чего внимание оператора притупляется. В связи с кратковременностью изменения напряженности магнитного поля в районе магнитометра велика вероятность нефиксации. 3. Магнитометр имеет высокую чувствительность, но обладает большой инерционностью (время измерения в МПМ-203 превышает 3 секунды), в связи с чем не позволяет зафиксировать быстродвижущиеся очистные устройства. 4. Устройство имеет низкую эксплуатационную технологичность, вызванную тем, что при работе с магнитометром требуется предварительный выбор диапазона измерения в зависимости от напряженности результирующего магнитного поля. Кроме того, магнитометр реагирует и на медленно изменяющееся магнитное поле, в связи с чем возрастает вероятность ложной тревоги. Известно устройство для обнаружения очистного поршня в трубопроводе, являющееся прототипом данного изобретения. Устройство состоит из двух основных частей - передающей и приемной. Передающая часть представляет собой поршень- распределитель с установленными на нем магнитными дисками. Функциональная схема приемной части устройства, представлена на фиг. 1. В состав приемной части устройства входит индукционный феррозондовый преобразователь напряженности магнитного поля в электрическое напряжение 1, в свою очередь, состоящий из феррозондового датчика 2, подмагничивающая обмотка которого подключена к выходу генератора импульсов 3, а сигнальная обмотка - ко входу усилителя переменного тока 4, выход которого соединен со входом выпрямителя 5. Выход выпрямителя 5, являющийся и выходом преобразователя напряженности магнитного поля в электрическое напряжение 1, в свою очередь, подключен к инверсному входу дифференциального интегрирующего усилителя 6 и первому входу суммирующего усилителя 7. Ко второму входу суммирующего усилителя 7 подключен выход дифференциального интегрирующего усилителя 6, имеющего единичный коэффициент усиления. Выход суммирующего усилителя 7 одновременно соединен с прямым входом дифференциального интегрирующего усилителя 6 и первым входом компаратора напряжения 8. Со вторым входом компаратора напряжения 8 соединен выход задатчика порога 9. Выход компаратора напряжения 8 соединен с первым входом![устройство для обнаружения очистного поршня в трубопроводе, патент № 2123896](/images/patents/348/2123896/2123896-2t.gif)
![устройство для обнаружения очистного поршня в трубопроводе, патент № 2123896](/images/patents/348/2123896/2123896-3t.gif)
![устройство для обнаружения очистного поршня в трубопроводе, патент № 2123896](/images/patents/348/2123896/2123896-4t.gif)
![устройство для обнаружения очистного поршня в трубопроводе, патент № 2123896](/images/patents/348/2123001/183.gif)
![устройство для обнаружения очистного поршня в трубопроводе, патент № 2123896](/images/patents/348/2123896/2123896-5t.gif)
где
U0 и U1 - соответственно напряжения низкого и высокого логических уровней. В установившемся режиме U9 < (U7 = 0), поэтому U8 = U1. Сигнал на выходе RS-триггера:
![устройство для обнаружения очистного поршня в трубопроводе, патент № 2123896](/images/patents/348/2123896/2123896-6t.gif)
где
U10 - напряжение на выходе коммутатора 10. Так как до окончания переходного процесса в схеме U10 = U0, то U12 = U0 и индикатор 2 - отключен. По окончании переходного процесса в схеме на выходе коммутатора 10 устанавливается напряжение U0, переводящее RS-триггер в режим ожидания. В момент прохода очистного устройства под местонахождением приемной части прибора напряженность магнитного поля в районе индукционного феррозондового датчика увеличивается, что вызывает увеличение напряжения на выходе выпрямителя 5 U5. Увеличение U5 вызывает уменьшение U6. Однако постоянные времени изменения напряжений U5 и U6 будут различные. В связи с этим на выходе суммирующего усилителя 7 появится бросок отрицательного напряжения. При прохождении им уровня U9, на выходе компаратора напряжения 8 появится сигнал низкого логического уровня, по которому RS-триггер 12 переведется в единичное состояние, приводящее к работе индикатора, сигнализирующего о моменте прохождения поршня. Одновременно с этим по сигналу низкого логического уровня с инвертирующего выхода RS-триггера 12 генератор импульсов 3 отключится. Устройство обладает высокой чувствительностью, однако имеет недостаток, ограничивающий область его использования, в частности, в случае выполнения приемной части в стационарном закапываемом виде с дистанционным управлением. Недостаток связан с ограниченным динамическим диапазоном работы приемной части. Для повышения чувствительности прибора необходимо, чтобы коэффициент усиления усилителя 4 (фиг. 1) был максимальным. Однако в этом случае, при высокой напряженности внешнего магнитного поля, напряжение U5 на выходе выпрямителя может выйти за пределы, ограниченные напряжением источника питания, что приведет к переходу схемы на недопустимый режим (т.к. напряжение U6 не может быть выше напряжения источника питания, в результате чего U5 становится выше U6, и на выходе дифференциального усилителя 7 появится напряжение U7 = K7
![устройство для обнаружения очистного поршня в трубопроводе, патент № 2123896](/images/patents/348/2123001/183.gif)
![устройство для обнаружения очистного поршня в трубопроводе, патент № 2123896](/images/patents/348/2123896/2123896-7t.gif)
![устройство для обнаружения очистного поршня в трубопроводе, патент № 2123896](/images/patents/348/2123896/2123896-8t.gif)
где
Hb - проекция вектора напряженности внешнего магнитного поля на продольную ось феррозонда;
Hk - проекция вектора напряженности магнитного поля, вызванного влиянием поля дополнительной обмотки, на продольную ось феррозонда;
K1 - коэффициент преобразования феррозондового преобразователя. Значение Hk зависит от величины и полярности приложенного к дополнительной обмотке напряжения. Напряжение U1 поступает на вход дифференциатора 13, напряжение на выходе которого
![устройство для обнаружения очистного поршня в трубопроводе, патент № 2123896](/images/patents/348/2123896/2123896-9t.gif)
где K13 - коэффициент преобразования дифференциатора. При увеличении U1 напряжение U13 принимает положительные значения, при уменьшении - отрицательные. Напряжение U13 поступает на первый вход второго компаратора напряжения 14, где сравнивается с нулевым потенциалом. Напряжение на его выходе:
U14 = U0 при U13 > 0;
U14 = U1 при U13
![устройство для обнаружения очистного поршня в трубопроводе, патент № 2123896](/images/patents/348/2123029/8773.gif)
![устройство для обнаружения очистного поршня в трубопроводе, патент № 2123896](/images/patents/348/2123896/2123896-10t.gif)
![устройство для обнаружения очистного поршня в трубопроводе, патент № 2123896](/images/patents/348/2123896/2123896-11t.gif)
![устройство для обнаружения очистного поршня в трубопроводе, патент № 2123896](/images/patents/348/2123896/2123896-12t.gif)
![устройство для обнаружения очистного поршня в трубопроводе, патент № 2123896](/images/patents/348/2123896/2123896-13t.gif)
![устройство для обнаружения очистного поршня в трубопроводе, патент № 2123896](/images/patents/348/2123001/183.gif)
![устройство для обнаружения очистного поршня в трубопроводе, патент № 2123896](/images/patents/348/2123001/183.gif)
![устройство для обнаружения очистного поршня в трубопроводе, патент № 2123896](/images/patents/348/2123896/2123896-14t.gif)
![устройство для обнаружения очистного поршня в трубопроводе, патент № 2123896](/images/patents/348/2123896/2123896-15t.gif)
![устройство для обнаружения очистного поршня в трубопроводе, патент № 2123896](/images/patents/348/2123896/2123896-16t.gif)
![устройство для обнаружения очистного поршня в трубопроводе, патент № 2123896](/images/patents/348/2123896/2123896-17t.gif)
![устройство для обнаружения очистного поршня в трубопроводе, патент № 2123896](/images/patents/348/2123896/2123896-18t.gif)
Класс B08B9/02 труб или систем трубопроводов